CN204162410U - 废硅粉无害处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种废硅粉无害处理装置，属于半导体产业技术领域，废硅粉加料器连接氢气发生器，进水管连通到氢气发生器上，氢气发生器上设置有搅拌机，氢气发生器顶部通过设置有气体流量计的氢气管道连接氢气过滤器，氢气过滤器下游通过氢气管道连接有氢气压缩机，氢气压缩机通过氢气管道连接到氢气储罐。该废硅粉无害处理装置利用废硅粉的处理，一方面制造了氢气能源，另一方面废硅粉的处理经过循环水的上下游连接设计，能够保持水相的循环利用，以及酸液的回收重利用，从而得到精提废硅粉的化学副产物，使化学副产物得到有效的回收和利用，节能减排，更加绿色环保。

Description

废硅粉无害处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体产业技术领域，具体地说是一种废硅粉无害处理装置。

背景技术

近年来伴随太阳能行业的发展，同时在加工太阳能硅片切割的过程中需要用到碳化硅作为切削粉来对硅棒进行切割，将硅棒切成太阳能电池片，此切割过程产生了大量的碳化硅与硅粉的混合物-废硅粉。有些碳化硅回收厂家只为得到高纯度的碳化硅，将废硅粉加水和NaOH进行反应得打高纯度碳化硅，在此过程产生的大量氢气和硅酸钠，氢气直接排入大气中，白白浪费掉，为了将碳化硅与硅酸钠彻底分离开这就用到大量的清水冲洗，冲洗碳化硅以后的废水含有硅酸钠，有些厂家为了节约成本将废水不进行处理就直接偷排到河流或海洋，对环境造成了很大的破坏。硅料虽为价格比较高的产品，但是目前还没有合理的回收工艺将碳化硅与硅粉彻底分离提纯，也不能实现更高的实用价值，这就给生产厂家造成了一定负担。生产厂家只能将废硅料廉价出售或赠送给冶炼行业作为耐火材料或炼钢用的脱氧剂，甚至填埋，这就使硅粉的利用价值大打折扣，填埋对资源造成了很大的浪费，同时对环境造成了一定的影响。

目前氢气主要是作为一种中间产品而生产的。它是进一步化工合成加氢的重要原料。它主要是由化石能源天然气（CH₄）、原油（烃）和煤作为原料和水蒸汽在高温下重整、气化或烃类部分氧化转化生成。在转化过程中，化石能源中的碳首先变为CO（或CO₂）。为了多得到氢，又通过水汽变换反应CO+H₂O＝H₂+CO₂, 把CO进一步转化为CO₂ 。所以，由化石能制氢就会排放CO₂。其CO₂排放量：煤>油>天然气，这是由原料的碳氢比所决定的。氢也可由电解水（盐水）生产，但这是一种较昂贵的方法，一般是在特殊的生产目的下的副产品，例如氯碱工业；或是为了获得特殊需要的氢（如火箭燃料）。电解法制氢只有在利用水电或太阳能光解水时，才可以说是合理的。炼油厂和一些化工过程也会副产一些氢气，但这些都不是最主要的生产氢的方法。

随着精细化工、医药化工、航空航天、特种钢铁、特种玻璃、燃料电池等行业的迅速发展，氢气的用途越来越广泛，传统的电解水制氢因规模、能耗等因素制约已不能满足市场的需求。特别是近年来燃料电池以其高效节能、零排放的良好环境性能，使之成为世界能源和交通领域开发的热点，而实现燃料电池的商业化，关键在于开发低成本氢源新技术。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种废硅粉无害处理装置。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，该废硅粉无害处理装置，其结构包括废硅粉加料器和氢气发生器，

废硅粉加料器 D2 连接氢气发生器 D ，进水管连通到氢气发生器 D 上，氢气发生器 D 上设置有搅拌机 D3 ，氢气发生器 D 顶部通过设置有气体流量计 E 的氢气管道连接氢气过滤器 C ，氢气过滤器 C 下游通过氢气管道连接有氢气压缩机 B ，氢气压缩机 B 通过氢气管道连接到氢气储罐 A1,A2 ；

氢气发生器 D 底部设置有排料管，排料管连接储料池 G1 ，储料池 G1 下游连接离心机 G2 ，离心机 G2 下游分两路：

离心机 G2 下游一路经固体通道连接搅拌池 H1 ，搅拌池 H1 经砂浆管路连接离心机 H2 ，离心机 H2 同时连接搅拌机 H3 和储水池 L3 ，搅拌机 H3 下游连接离心机 H4 ，离心机 H4 回流连接储水池 L3 ，离心机 H4 下游连接搅拌池 H5 ，搅拌池 H5 连接压滤机 H6 ，压滤机 H6 下游连接搅拌池 H7 ，搅拌池 H7 下游连接平板离心机 H8 ，平板离心机 H8 回流连接到储水池 L3 ，平板离心机 H8 下游连接烘干分级器 H9 ，烘干分级器 H9 下游连接碳化硅收集器 H10 ；压滤机 H6 下游连接酸液池 H11 , 酸液池 H11 连接酸液超滤器 H12 , 酸液超滤器 H12 连接酸液池 L2 ；

离心机 G2 下游另一路经液体管路连接搅拌池 G3 , 搅拌池 G3 下游连接超滤器 G4 ，超滤器 G4 下游连接压滤机 G5 ，压滤机 G5 回流连接搅拌池 G3 ，压滤机 G5 下游连接搅拌池 G6 ，搅拌池 G6 下游连接压滤机 G7 ，压滤机 G7 下游连接烘干分级器 G8 , 烘干分级器 G8 下游连接纳米级碳化硅收集器 G9 ；压滤机 G7 下游连接储水池 L1 , 储水池 L1 回流连接搅拌池 H1 ；

超滤器 G4 下游同时连接反应池 K1 , 酸液池 L2 下游连接反应池 K1 ， 反应池 K1 下游连接压滤机 K2 ，压滤机 K2 下游连接脱盐器 K3 ，脱盐器 K3 下游连接纯水池 K4 ，纯水池 K4 下游同时连接搅拌池 G6 和搅拌池 H7 ，压滤机 K2 下游连接烘干机 K5 ，烘干机 K5 下游连接成品硅酸收集器 K6 ，脱盐器 K3 下游连接氯化钠结晶器 K7 ，氯化钠结晶器 K7 下游连接固体氯化钠收集器 K8 ；

储水池 L3 下游连接氢气发生器 D 。

进水管上设置有加水阀 F4 ， 排料管上设置有自动阀 F3 。

氢气压缩机 B 通过氢气管道分两路分别连接到氢气储罐 A1 和氢气储罐 A2 上，

氢气储罐 A1 前置有自动阀 F1 ，氢气储罐 A1 上设置有安全阀 F5 和氢气放料口 F7 ；

氢气储罐 A2 前置有自动阀 F2 ，氢气储罐 A2 上设置有安全阀 F6 和氢气放料口 F8 。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

该废硅粉无害处理装置利用废硅粉的处理，一方面制造了氢气能源，另一方面废硅粉的处理经过循环水的上下游连接设计，能够保持水相的循环利用，以及酸液的回收重利用，从而得到精提废硅粉的化学副产物，使化学副产物得到有效的回收和利用，同时得到了高纯度碳化硅，既节能减排，又更加绿色环保。

该废硅粉无害处理装置解决了环保问题，又对硅粉的转换提高了利用价值。该废硅粉无害处理装置的生产产物主要有：氢气、硅酸钠、硅酸、碳化硅、碳化硅超微粉、纳米级碳化硅。该废硅粉无害处理装置虽为化工范畴但是整个生产过程无任何废物、废气产生，该工艺零排放，属于清洁化工，因此不会对环境造成影响。

该废硅粉无害处理装置设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图。 

附图中的标记分别表示：

A1、氢气储罐，A2、氢气储罐，

B、氢气压缩机，

C、氢气过滤器，

D、氢气发生器，D2、废硅粉加料器，

E、气体流量计，

F1、自动阀，F2、自动阀，F3、自动阀，F4、加水阀，F5、安全阀，F6、安全阀，F7、氢气放料口，F8、氢气放料口，

G1、储料池，G2、离心机，G3、搅拌池，G4、超滤器，G5、压滤机，G6、搅拌池，G7、压滤机，G8烘干分级器，G9、纳米级碳化硅收集器，

H1、搅拌池，H2、离心机，H3、搅拌机，H4、离心机，H5、搅拌池，H6、压滤机，H7、搅拌池，H8、平板离心机，H9烘干分级器，H10、碳化硅收集器，H11、酸液池，H12、酸液超滤器，

K1、反应池，K2、压滤机，K3、脱盐器，K4、纯水池，K5、烘干机，K6、成品硅酸收集器，K7、氯化钠结晶器，K8、固体氯化钠收集器，

L1、储水池，L2、酸液池，L3、储水池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的废硅粉无害处理装置作以下详细说明。

如附图所示，本实用新型的废硅粉无害处理装置，其结构包括废硅粉加料器和氢气发生器，

废硅粉加料器 D2 连接氢气发生器 D ，进水管连通到氢气发生器 D 上，氢气发生器 D 上设置有搅拌机 D3 ，氢气发生器 D 顶部通过设置有气体流量计 E 的氢气管道连接氢气过滤器 C ，氢气过滤器 C 下游通过氢气管道连接有氢气压缩机 B ，氢气压缩机 B 通过氢气管道连接到氢气储罐 A1,A2 ；

氢气发生器 D 底部设置有排料管，排料管连接储料池 G1 ，储料池 G1 下游连接离心机 G2 ，离心机 G2 下游分两路：

离心机 G2 下游一路经固体通道连接搅拌池 H1 ，搅拌池 H1 经砂浆管路连接离心机 H2 ，离心机 H2 同时连接搅拌机 H3 和储水池 L3 ，搅拌机 H3 下游连接离心机 H4 ，离心机 H4 回流连接储水池 L3 ，离心机 H4 下游连接搅拌池 H5 ，搅拌池 H5 连接压滤机 H6 ，压滤机 H6 下游连接搅拌池 H7 ，搅拌池 H7 下游连接平板离心机 H8 ，平板离心机 H8 回流连接到储水池 L3 ，平板离心机 H8 下游连接烘干分级器 H9 ，烘干分级器 H9 下游连接碳化硅收集器 H10 ；压滤机 H6 下游连接酸液池 H11 , 酸液池 H11 连接酸液超滤器 H12 , 酸液超滤器 H12 连接酸液池 L2 ；

离心机 G2 下游另一路经液体管路连接搅拌池 G3 , 搅拌池 G3 下游连接超滤器 G4 ，超滤器 G4 下游连接压滤机 G5 ，压滤机 G5 回流连接搅拌池 G3 ，压滤机 G5 下游连接搅拌池 G6 ，搅拌池 G6 下游连接压滤机 G7 ，压滤机 G7 下游连接烘干分级器 G8 , 烘干分级器 G8 下游连接纳米级碳化硅收集器 G9 ；压滤机 G7 下游连接储水池 L1 , 储水池 L1 回流连接搅拌池 H1 ；

超滤器 G4 下游同时连接反应池 K1 , 酸液池 L2 下游连接反应池 K1 ， 反应池 K1 下游连接压滤机 K2 ，压滤机 K2 下游连接脱盐器 K3 ，脱盐器 K3 下游连接纯水池 K4 ，纯水池 K4 下游同时连接搅拌池 G6 和搅拌池 H7 ，压滤机 K2 下游连接烘干机 K5 ，烘干机 K5 下游连接成品硅酸收集器 K6 ，脱盐器 K3 下游连接氯化钠结晶器 K7 ，氯化钠结晶器 K7 下游连接固体氯化钠收集器 K8 ；

储水池 L3 下游连接氢气发生器 D 。

进水管上设置有加水阀 F4 ， 排料管上设置有自动阀 F3 。

氢气压缩机 B 通过氢气管道分两路分别连接到氢气储罐 A1 和氢气储罐 A2 上，氢气储罐 A1 前置有自动阀 F1 ，氢气储罐 A1 上设置有安全阀 F5 和氢气放料口 F7 ；氢气储罐 A2 前置有自动阀 F2 ，氢气储罐 A2 上设置有安全阀 F6 和氢气放料口 F8 。 

该废硅粉无害处理装置的制氢工艺:

Si+2NaOH+H₂O=Na₂SiO₃+2H₂↑

原料（废硅粉），通过加料器D2加入D中，根据原料硅粉的含量通过D2加入适量的NaOH，然后关闭加料口，打开进水阀F7加入适量的水，加水同时启动氢气压缩机B,加水完毕关闭F7，开动搅拌机D3，将原料、NaOH、水均匀搅拌，搅拌均匀后停止搅拌机，等待原料(硅粉)与水、NaOH反应，反应产生的氢气通过流量计E、经管道E2、过滤器C、管道E3、进入氢气压缩机B，压缩后的氢气经管道E4压入储罐A1中，A1压力达到规定值时，自动控制系统启动，自动阀F1关闭，F2开启，气体进入储罐A2，自动阀根据指令自动进行开关的转换。F4、F5、F6为压力自动卸压报警装置，以保证储罐内的压力超出规定压力时，能够及时对储罐进行卸压报警。反应终了，没有氢气再产生，此时停止氢气收集系统，打开阀门F3，将D内反应所剩的碳化硅，硅酸钠及水的混合物排入储料池G1，进行下一步的处理。

该废硅粉无害处理装置的碳化硅生产工艺、硅酸生产工艺、氯化钠生产工艺：

一、储料池 G1内的混合物用泵打入离心机 G2 进行固液分离，分离后的1微米以下的碳化硅细粉与液体排入搅拌池 G3进行搅拌，搅拌均匀后用泵打入超滤设备G4，通过G4过滤得到清液(硅酸钠)与浓液，清液排入反应池K1待处理。浓液固含量升高,不适合用超滤处理，浓液用泵打入压滤机G5进行压滤，压滤后的清液排入 G3再经 G4处理。经压滤后的固体物料（碳化硅）投入搅拌池 G6，池内加入清水（清水来自K4），对固体物料（碳化硅）搅拌清洗以降低物料PH值至中性，冲洗至中性后，打入压滤机G7，过滤后的水为中性水，可用于工艺补充用水，将水排入储水池 L1备用，过滤的固体（碳化硅）进入烘干分级设备G8，烘干分级,最后得成品G9，最后包装入库。

二、反应池K1为硅酸钠储存池，为得到价值更高的化工中间体硅酸，这就需要在 K1中加入盐酸与硅酸钠反应生成硅酸，K1 所需的盐酸来自酸液池L2的酸液，L2的酸液为酸洗过程处理后的酸液，酸液加入K1后与硅酸钠反应得到硅酸与氯化钠的混合溶液，然后将溶液打入压滤机K2，把固体硅酸与氯化钠溶液压滤分离：

1、过滤后的液体氯化钠溶液进入脱盐设备K3 ，经脱盐设备K3处理后得到的纯净水排入纯水池 K4 备用（K4 的水主要用到 G6 和 H7中），同时得到的高浓度氯化钠溶液，氯化钠溶液排入结晶设备K7进行结晶，得到固体氯化钠K8。

2、经压滤机过滤后的固体进入烘干机K5，得到成品硅酸K6。

三、固液分离后的固体碳化硅（1微米以上），因为此时物料呈碱性需要排入搅拌池 H1 兑水搅拌进行第一次冲洗（H1所用的水来自L1 ），搅拌均匀后打入离心机H2，进行固液分离，分离后的液体水排入储水池 L3备用（回用至D ），为了提高冲洗效率，固体碳化硅排入搅拌池H3，兑水搅拌进行第二次冲洗，将PH值冲至中性7.0左右，然后进入离心机H4进行固液分离，分离后的液体水排入L3备用（回用至D）。固体碳化硅排入搅拌池H5，兑水加盐酸搅拌，以除去碳化硅内少量的铁，然后将砂浆打入压滤机H6 ，进行固液分离：

1、液体酸液排入储水池H11 ，然后进入超滤设备 H12 ，过滤后的清液（酸液）排入 L2备用，浓液返回H11进行再次过滤处理。

2、过滤后的固体碳化硅因为呈酸性需要用水冲洗，将碳化硅排入搅拌池H7，兑水搅拌进行冲洗，然后将冲洗好的碳化硅砂浆打入平板离心机进行脱水，液体（水）排入 L3 备用，固体碳化硅进入烘干分级设备 H9 进行烘干分级，最后得到成品碳化硅H10。

综上所述，该废硅粉无害处理装置整个工艺流程属精细化工范畴，生产工艺过程中的水循环使用，无废水产生也无任何废物、废气产生，该废硅粉无害处理装置为清洁化工生产的环保装置。

Claims (3)

1.废硅粉无害处理装置，其特征在于包括废硅粉加料器和氢气发生器，

废硅粉加料器（D2）连接氢气发生器（D），进水管连通到氢气发生器（D）上，氢气发生器（D）上设置有搅拌机（D3），氢气发生器（D）顶部通过设置有气体流量计（E）的氢气管道连接氢气过滤器（C），氢气过滤器（C）下游通过氢气管道连接有氢气压缩机（B），氢气压缩机（B）通过氢气管道连接到氢气储罐（A1,A2）；

氢气发生器（D）底部设置有排料管，排料管连接储料池（G1），储料池（G1）下游连接离心机（G2），离心机（G2）下游分两路：

离心机（G2）下游一路经固体通道连接搅拌池（H1），搅拌池（H1）经砂浆管路连接离心机（H2），离心机（H2）同时连接搅拌机（H3）和储水池（L3），搅拌机（H3）下游连接离心机（H4），离心机（H4）回流连接储水池（L3），离心机（H4）下游连接搅拌池（H5），搅拌池（H5）连接压滤机（H6），压滤机（H6）下游连接搅拌池（H7），搅拌池（H7）下游连接平板离心机（H8），平板离心机（H8）回流连接到储水池（L3），平板离心机（H8）下游连接烘干分级器（H9），烘干分级器（H9）下游连接碳化硅收集器（H10）；压滤机（H6）下游连接酸液池（H11）, 酸液池（H11）连接酸液超滤器（H12）, 酸液超滤器（H12）连接酸液池（L2）；

离心机（G2）下游另一路经液体管路连接搅拌池（G3）, 搅拌池（G3）下游连接超滤器（G4），超滤器（G4）下游连接压滤机（G5），压滤机（G5）回流连接搅拌池（G3），压滤机（G5）下游连接搅拌池（G6），搅拌池（G6）下游连接压滤机（G7），压滤机（G7）下游连接烘干分级器（G8）, 烘干分级器（G8）下游连接纳米级碳化硅收集器（G9）；压滤机（G7）下游连接储水池（L1）, 储水池（L1）回流连接搅拌池（H1）；

超滤器（G4）下游同时连接反应池（K1）, 酸液池（L2）下游连接反应池（K1）， 反应池（K1）下游连接压滤机（K2），压滤机（K2）下游连接脱盐器（K3），脱盐器（K3）下游连接纯水池（K4），纯水池（K4）下游同时连接搅拌池（G6）和搅拌池（H7），压滤机（K2）下游连接烘干机（K5），烘干机（K5）下游连接成品硅酸收集器（K6），脱盐器（K3）下游连接氯化钠结晶器（K7），氯化钠结晶器（K7）下游连接固体氯化钠收集器（K8）；

储水池（L3）下游连接氢气发生器（D）。

2.根据权利要求1所述的废硅粉无害处理装置，其特征在于进水管上设置有加水阀（F4）， 排料管上设置有自动阀（F3）。

3.根据权利要求1所述的废硅粉无害处理装置，其特征在于氢气压缩机（B）通过氢气管道分两路分别连接到氢气储罐（A1）和氢气储罐（A2）上，

氢气储罐（A1）前置有自动阀（F1），氢气储罐（A1）上设置有安全阀（F5）和氢气放料口（F7）；

氢气储罐（A2）前置有自动阀（F2），氢气储罐（A2）上设置有安全阀（F6）和氢气放料口（F8）。